Canule implantatie in de Cisterna Magna van knaagdieren

Cerebrospinale vloeistof (CSF) baadt het centrale zenuwstelsel (CNS) gedurende de ventriculaire systeem en langs de subarachnoïdale ruimtes, een anatomisch gedefinieerde ruimte in continuüm met de ventrikels, die rondom de hersenen en het ruggenmerg. Een van de hoofdfuncties van het CB is bedoeld als een route voor goedkeuring van de metabolieten en opgeloste stoffen uit de hersenen parenchym. Goedkeuring wordt bevorderd via de recent ontdekte glymphatic systeem¹, de hersenen analoog naar de perifere lymfatisch systeem. Hierin, we beschrijven en bespreken de cisterna magna cannulation (CMc), een minimaal-invasieve methode voor de rechtstreekse levering van moleculen in het CB. De CMc is de belangrijkste methode voor het bestuderen van de glymphatic functie. CMc kan bovendien ook worden toegepast voor de studie van CSF dynamiek en voor een snelle, hersenen bestrijkende levering van niet-blood-brain barrière (BBB) permeabele moleculen in de hersenen parenchym, langs de gerelateerde ruimte.

De CMc exploiteert fysiologische principes van CSF dynamiek van het verkeer door middel van het centraal zenuwstelsel aan het leveren van gelabelde tracer moleculen of drugs in de CSF gevulde ruimte van de cisterna magna (CM). Moleculen zijn ingespoten via een canule de Atlantisch-occipitale dural membraan bekleding die de CM.-moleculen dan door CSF bulk stroom in de hersenen parenchym via de paravascular ruimte^{1 gedragen worden}ingeplant. Tracer of contrast agent geïnjecteerd via de CMc volgt de beweging van CB, waarmee de beoordeling van CSF beweging en glymphatic instroom door de intensiteitsniveaus van gelabelde moleculen die worden ingevoerd door de hersenen parenchym kwantificeren. De CMc is compatibel met verschillende beeldvormingstechnieken, inclusief epifluorescence, 2-foton microscopie en magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Ook deze evaluatie kan worden uitgevoerd zowel in vivo of ex vivo. Bovenal zorgt CMc voor de visualisatie van het systeem van de glymphatic onder anesthesie of tijdens de natuurlijke slaap, evenals in wakker, vrij bewegende dieren.

De CMc-techniek kan worden gebruikt om verschillende aspecten van fluid dynamics in het CB studeren, maar heeft bewezen te zijn met name handig voor het bestuderen van het glymphatic-systeem. Glymphatic activiteit rijdt de convectie stroom van CB van de periarterial ruimte via aquaporin-4 (AQP-4) water kanalen, die in het membraan van astrocytic vasculaire-inwikkeling endfeet worden aangebonden. De convectie stroom maakt de uitwisseling van CB en interstitiële vloeistof (ISF) binnen de hersenen parenchym. CSF/ISF met metabolische afval en opgeloste stoffen wordt vervolgens verwijderd uit de hersenen parenchym via de perivenous ruimte^2,3. Uiteindelijk bereikt de CSF/ISF de periferie via het recent beschreven dural lymfevaten^4,5. Het glymphatic systeem is cruciaal voor de goedkeuring van schadelijk afval metabolieten zoals amyloid-β²aangetoond. Verder is de glymphatic klaring verminderde in veroudering⁶, na traumatische hersenen letsel⁷, en in dierlijke modellen van diabetes⁸ en⁹van de ziekte van Alzheimer. Glymphatic activiteit is met name afhankelijk, tonen beduidend hogere activiteit tijdens de slaap of anesthesie in vergelijking met wakkerheid¹staat. Inderdaad, jonge narcose dieren vertonen de hoogste glymphatic-activiteit. Experimentele kwantificering van glymphatic activiteit is dus kritisch bij de studie van haar rol in gezondheid en ziekte.

Verschillende studies hebben aangepakt CSF dynamiek en de gegevensuitwisseling met interstitiële vloeistof (ISF) in de hersenen parenchym. De methoden waarmede gelabelde moleculen worden geleverd zijn echter tamelijk invasieve, triggering parenchym hersenbeschadiging en veranderingen in de intracraniële druk (ICP) (Zie review¹⁰). Voorbeelden hiervan zijn intraventricular of intraparenchymal injecties waarbij craniotomy of boren van een burr gat in de schedel. Deze procedures hebben aangetoond dat het ICP, aldus verstoren glymphatic functie²wijzigen. Ook, dergelijke invasieve methoden induceren astrogliosis en AQP-4 immunoreactivity in de hersenen parenchym beschadigd gebied en haar omgeving^11,12te verhogen. Zoals astrocyten en AQP-4 sleutelelementen van het glymphatic-systeem zijn, is de CMc de methode van keuze voor haar studies. De belangrijkste voordelen van CMc in vergelijking met meer invasieve procedures zijn de handhaving van een intact schedel en hersenen parenchym, vermijden van ICP wijzigingen en astrogliosis, respectievelijk. Dus, opent CMc in combinatie met verschillende imaging tools voor een breed scala aan mogelijkheden om te studeren het glymphatic systeem, maar ook de dynamiek en de mechanismen van vloeistofstromen in homeostase, evenals in diermodellen van neurologische aandoeningen.

De cisterna magna cannulation (CMc) procedure biedt gemakkelijke en directe toegang tot de cerebrospinale vloeistof (CSF). Door het injecteren van verschillende moleculen (bijvoorbeeld TL verklikstoffen, MRI-contrastmiddelen) kan de experimentator hun beweging binnen de CSF compartiment te volgen en de activiteiten beoordelen van het glymphatic-systeem. Het volgende protocol beschrijft zowel de acute CMc, voor injecties onmiddellijk na de chirurgie en chronische innesteling van de canule, waarbij het dier van de chirurgische ingreep voor een latere injectie herstelt. Het belangrijkste verschil tussen de acute en chronische implantatie is dat de chronische implantatie voor de studie van glymphatic activiteit in wakker muizen toestaat.